韩国研究团队开发大型光电极模块，加速太阳能制氢商业化

可用于生产绿色氢能的大面积光电极模块已经被开发出来。该模块在同类模块中实现了世界最高效率，被认为有望加速太阳能制氢技术的商业化进程。

蔚山科学技术院（UNIST，总长 Lee Yonghoon）于6日表示，由能源化学工程系的 Lee Jaesung、Jang Jiuk、Seok Sangil 教授以及碳中和研究生院的 Lim Hankwon 教授参与的联合研究团队，开发出一种利用太阳能、兼具高效率和高耐久性、且可大规模生产的绿色氢能制取技术。

研究团队克服了钙钛矿太阳能电池的缺点，并将光电极的面积放大1万倍，从而大幅提升了其实用化可能性。

通过模块化实现大面积化的研究概念图。

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太阳能制氢技术是利用地球上最丰富的可再生能源——太阳能，对水进行分解以获得氢气的理想绿色氢能生产技术。

Lee Jaesung 教授表示：“近期虽然已开发出在一定程度上解决效率问题的技术，但这些结果多来自实验室小型装置，要实现实用化仍需要将规模放大的‘scale-up’过程。”

研究团队选择高效率且相对低成本的钙钛矿作为光电极材料。钙钛矿太阳能电池也是本次研究参与者 Seok Sangil 教授等 UNIST 教授团队长期主导的研发领域。

但钙钛矿太阳能电池对太阳光中的紫外线以及空气中的水分稳定性较差。尤其是在通过水分解制氢时，需要将光电极浸没在水中，研究团队此次同时改进了这两大问题。

安装在室外的太阳能制氢装置。

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研究团队在钙钛矿的阳离子中，用甲脒取代了传统的甲基铵，制备出了对紫外线最为稳定的钙钛矿材料。同时，通过采用镍箔对与水接触的界面进行完全封装，使其在水中也能保持稳定性。

通常用于研发的光电极面积小于1平方厘米，要放大到实用化所需的1平方米规模，需要进行约1万倍的放大。在这一放大过程中，制氢效率往往会下降，因此也需要尽量将效率损失降到最低的相关技术。

为实现该光电极的放大，研究团队采用了将小型光电极按一定尺寸连接排布的“模块化设计”方法。通过像堆积积木一样，将小型光电极在横向和纵向上重复连接，制造出大面积光电极。

通过这种方式放大后的模块，实现了太阳能制氢转化效率超过10%的指标，达到了商业化所需的最低条件。据悉，这一效率为大面积光电极领域的世界最高水平。

研究团队。（上排从左至右依次为第一作者研究员 Yoo Jinuk、教授 Lim Hankwon；下排从左至右依次为 Seok Sangil、教授 Jang Jiuk、第一作者研究员 Dharmesh Hansora、教授 Lee Jaesung、第一作者 Rashmi Mehrotra）

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第一作者 Han Sora 博士表示：“我们开发的光电极在大面积条件下依然保持了高效率”，“如果今后将重点放在面向绿色氢能实用化的现场示范上，有望在2030年之前实现利用太阳能的绿色氢能技术商业化。”

本次研究成果已于1月23日在线发表在能源领域顶级学术期刊《Nature Energy》上。研究工作得到了科学技术信息通信部推进的气候变化应对项目和 Brain Link 项目的资助。

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